JP7623329B2 - Metal Composite Core - Google Patents
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Description
本発明は、フェライト粉末と軟磁性金属粉末が混合して成る磁性粉末を含む複合磁性材料に関する。 The present invention relates to a composite magnetic material containing a magnetic powder made by mixing ferrite powder and soft magnetic metal powder.
ＯＡ機器、太陽光発電システム、自動車など様々な用途にリアクトルといったコイル部品が用いられている。コイル部品は、コアにコイルが装着されている。そして、このコアとしては、圧粉磁心が用いられることが多い。 Coil components such as reactors are used in a variety of applications, including office equipment, solar power generation systems, and automobiles. Coil components have a coil attached to a core. Powder magnetic cores are often used for this core.
圧粉磁心は、軟磁性粉末とこの軟磁性粉末を覆う絶縁被膜とを加圧成形することにより形成される。この加圧成形時の圧力は、数ｔｏｎ～数十ｔｏｎといったかなり高い圧力で磁性粉末を押し固めている。そのため、圧粉磁心は、当該加圧に耐えることができる形状でないと作製することができず、形状の制約があった。 Powder cores are formed by pressure molding soft magnetic powder and an insulating coating that covers the soft magnetic powder. The pressure during this molding is quite high, ranging from several tons to several tens of tons, to compress the magnetic powder. For this reason, powder cores can only be made in shapes that can withstand this pressure, meaning there are restrictions on their shape.
そこで、磁性粉末と樹脂とを混合させた複合磁性材料を硬化させて成るメタルコンポジットコアが注目されている。複合磁性材料は粘土状である。そのため、複合磁性材料を容器の隅々に流し込みやすい。よって、容器の形状に合わせて成型でき、コア形状の自由度が圧粉磁心よりも上がる。 As a result, metal composite cores made by hardening a composite magnetic material made by mixing magnetic powder and resin are attracting attention. The composite magnetic material is clay-like. This makes it easy to pour the composite magnetic material into every corner of a container. This means that it can be molded to fit the shape of the container, giving greater freedom in core shape than powder magnetic cores.
一方で、コイル部品のコアとして用いるため、エネルギー交換効率の向上や低発熱などの要求から磁気特性の向上も要求される。磁気特性としては、例えば、小さな印加磁界で大きな磁束密度を得ることができるという透磁率、磁束密度変化におけるエネルギー損失が小さいという鉄損が挙げられる。鉄損は、ヒステリシス損失と、渦電流損失の和で表される。 On the other hand, because they are used as cores for coil components, they also require improved magnetic properties to improve energy exchange efficiency and reduce heat generation. Examples of magnetic properties include permeability, which allows a large magnetic flux density to be obtained with a small applied magnetic field, and iron loss, which means that the energy loss caused by changes in magnetic flux density is small. Iron loss is expressed as the sum of hysteresis loss and eddy current loss.
近年では、地球環境への配慮や電子機器の小型化や高性能化の要求が高まっている。そのため、透磁率及び鉄損の一方のみを向上させるものではなく、高透磁率で、かつ、低鉄損と安定した磁気特性になることが特に求められている。 In recent years, there has been an increasing concern for the global environment and a demand for smaller, more powerful electronic devices. Therefore, rather than improving only one of the magnetic permeability and iron loss, there is a particular demand for high magnetic permeability, low iron loss, and stable magnetic properties.
本発明は、上記課題を解決するために提案されたものであり、その目的は、高透磁率で、かつ、低鉄損と安定した磁気特性になる複合磁性材料を提供することにある。 The present invention has been proposed to solve the above problems, and its purpose is to provide a composite magnetic material that has high magnetic permeability, low core loss, and stable magnetic properties.
上記目的を達成するため、本発明のメタルコンポジットコアは、フェライト粉末と軟磁性金属粉末が混合して成る磁性粉末に樹脂を混合させたメタルコンポジットコアであって、前記フェライト粉末の粒子径は、３９５μｍ以上であり、前記フェライト粉末の添加量は、前記軟磁性金属粉末に対して、５ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下であること、を特徴とする。 In order to achieve the above-mentioned object, the metal composite core of the present invention is a metal composite core in which a resin is mixed with a magnetic powder consisting of a mixture of ferrite powder and soft magnetic metal powder, and is characterized in that the particle diameter of the ferrite powder is 395 μm or more, and the amount of the ferrite powder added is 5 wt % or more and 20 wt % or less relative to the soft magnetic metal powder.
本発明によれば、高透磁率で、かつ、低鉄損と安定した磁気特性になる複合磁性材料を得ることができる。 The present invention makes it possible to obtain a composite magnetic material that has high magnetic permeability, low core loss, and stable magnetic properties.
（実施形態）
本実施形態の複合磁性材料及びメタルコンポジットコア（以下、ＭＣコアとも称する）の構成について説明する。本実施形態のＭＣコアは、複合磁性材料を所定の容器に充填し、硬化して成る。複合磁性材料は、粘土状である。そのため、複合磁性材料を容器の隅々まで流し込むことができる。よって、容器の形状に合わせて成型しやすく、ＭＣコアを所望の形状に成型できる。このＭＣコアは、リアクトル等のコイル部品の磁性体として使用される。
(Embodiment)
The configuration of the composite magnetic material and metal composite core (hereinafter also referred to as MC core) of this embodiment will be described. The MC core of this embodiment is formed by filling a specified container with the composite magnetic material and hardening it. The composite magnetic material is clay-like. Therefore, the composite magnetic material can be poured into every corner of the container. Therefore, it is easy to mold it to fit the shape of the container, and the MC core can be molded into a desired shape. This MC core is used as a magnetic body for coil components such as reactors.
複合磁性材料は、磁性粉末と樹脂とを含み構成される。磁性粉末は、フェライト粉末と軟磁性金属粉末を混合した混合粉末から成る。絶縁性を有するフェライト粉末を混合させることで、軟磁性金属粉末間の絶縁を確保して鉄損を低減できるとともに、フェライト粉末の磁性により高い透磁率を得ることができる。混合は、混合機（Ｗ型、Ｖ型）、ポットミル等を使用して行えばよい。 The composite magnetic material is composed of magnetic powder and resin. The magnetic powder is made of a mixed powder of ferrite powder and soft magnetic metal powder. By mixing the insulating ferrite powder, it is possible to ensure insulation between the soft magnetic metal powder and reduce iron loss, and it is also possible to obtain high magnetic permeability due to the magnetism of the ferrite powder. Mixing can be done using a mixer (W type, V type), a pot mill, etc.
フェライト粉末は、例えば、スピネル系フェライトを用いることができる。スピネル系フェライトとして、例えば、Ｍｎ－Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ－Ｚｎ系フェライト、Ｃｕ－Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ－Ｃｕ－Ｚｎ系フェライト、Ｍｎ－Ｃｕ－Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ－Ｍｎ－Ｃｕ－Ｚｎ系フェライト等を用いることができる。本実施形態では、Ｍｎ－Ｚｎ系フェライトを用いている。 The ferrite powder may be, for example, a spinel ferrite. Examples of spinel ferrite include Mn-Zn ferrite, Ni-Zn ferrite, Cu-Zn ferrite, Ni-Cu-Zn ferrite, Mn-Cu-Zn ferrite, and Ni-Mn-Cu-Zn ferrite. In this embodiment, Mn-Zn ferrite is used.
フェライト粉末の粒子径は、軟磁性金属粉末の粒子径よりも大きい方が好ましい。特に、フェライト粉末の粒子径は、軟磁性金属粉末の粒子径の２倍以上であることが好ましい。換言すれば、軟磁性金属粉末の粒子径は、フェライト粉末の粒子径より小さい。粒子径の大きい軟磁性金属粉末を用いると、渦電流損失が大きくなる虞がある。 It is preferable that the particle size of the ferrite powder is larger than that of the soft magnetic metal powder. In particular, it is preferable that the particle size of the ferrite powder is at least twice as large as that of the soft magnetic metal powder. In other words, the particle size of the soft magnetic metal powder is smaller than that of the ferrite powder. If soft magnetic metal powder with a large particle size is used, there is a risk of increased eddy current loss.
具体的には、フェライト粉末の粒子径（メジアン径Ｄ５０）は、３９５μｍ以上である。フェライト粉末の粒子径（メジアン径Ｄ５０）が３９５μｍ以上のように、粒子径の大きいフェライト粉末を用いることで、軟磁性金属粉末間の絶縁距離を確保することができ、高密度、高透磁率、低鉄損とバランスの良いＭＣコアを作製することができる。また、フェライト粉末の粒子径（メジアン径Ｄ５０）は、８９０μｍ以下であることが好ましい。８９０μｍを超えると、製造コストが高くなる。 Specifically, the particle diameter (median diameter D50) of the ferrite powder is 395 μm or more. By using ferrite powder with a large particle diameter, such as ferrite powder with a particle diameter (median diameter D50) of 395 μm or more, it is possible to ensure the insulation distance between the soft magnetic metal powders, and to produce an MC core with a good balance of high density, high magnetic permeability, and low iron loss. In addition, it is preferable that the particle diameter (median diameter D50) of the ferrite powder is 890 μm or less. If it exceeds 890 μm, the manufacturing cost will be high.
フェライト粉末は、球状に近い方が好ましい。即ち、フェライト粉末の円形度は、０．９３以上であることが好ましい。円形度が０．９３以上のフェライト粉末を用いることで、透磁率を上げることができる。 It is preferable that the ferrite powder is as close to spherical as possible. In other words, it is preferable that the circularity of the ferrite powder is 0.93 or more. By using ferrite powder with a circularity of 0.93 or more, the magnetic permeability can be increased.
フェライト粉末の添加量は、軟磁性金属粉末に対して、５ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下である。５ｗｔ％より少ないと、フェライト粉末の含有量が少なく、高密度、高透磁率、低鉄損の効果が得にくい。一方、２０ｗｔ％よりも多いと、初透磁率は高くなるが、重畳時の透磁率が低減し、透磁率の低減率が大きくなる。これは、フェライト粉末の方が磁束密度が低いため先に飽和してしまうところ、軟磁性金属粉末の含有量が少ないため重畳時の透磁率が低減するものと思われる。 The amount of ferrite powder added is between 5wt% and 20wt% of the soft magnetic metal powder. If it is less than 5wt%, the ferrite powder content is low and it is difficult to obtain the effects of high density, high magnetic permeability, and low iron loss. On the other hand, if it is more than 20wt%, the initial magnetic permeability is high, but the magnetic permeability decreases when superimposed, and the rate of reduction in magnetic permeability is large. This is thought to be because the ferrite powder has a lower magnetic flux density and therefore saturates first, while the soft magnetic metal powder content is low, so the magnetic permeability decreases when superimposed.
軟磁性金属粉末は、フェライト粉末の周囲に軟磁性金属粉末が付着するが、付着の態様については問わない。つまり、軟磁性金属粉末は、フェライト粉末の周囲を全て覆うように付着していてよいし、一部を覆うように付着し、フェライト粉末の表面の一部が露出していてもよい。また、軟磁性金属粉末は、フェライト粉末の各粒子の表面に付着していてもよいし、フェライト粉末の凝集体の表面に付着していてもよいし、これらの付着の態様が混在するように付着していてもよい。さらに、軟磁性金属粉末の間にフェライト粉末が介在するような形で付着していてもよい。 The soft magnetic metal powder adheres to the periphery of the ferrite powder, but the manner of adhesion is not important. In other words, the soft magnetic metal powder may adhere to cover the entire periphery of the ferrite powder, or may adhere to cover a portion of the periphery of the ferrite powder, leaving a portion of the surface of the ferrite powder exposed. The soft magnetic metal powder may also adhere to the surface of each particle of the ferrite powder, or to the surface of an aggregate of the ferrite powder, or may adhere in a manner that combines these modes of adhesion. Furthermore, the ferrite powder may be adhered in such a way that it is interposed between the soft magnetic metal powder particles.
軟磁性金属粉末は、Ｆｅ粉末、Ｆｅ－Ｓｉ合金粉末、Ｆｅ－Ａｌ合金粉末、Ｆｅ－Ｓｉ－Ａｌ合金粉末（センダスト）、非晶質合金粉末、ナノクリスタル、又はこれら２種以上の粉末の混合粉などが使用できる。Ｆｅ－Ｓｉ合金粉末としては、例えば、Ｆｅ－６．５％Ｓｉ合金粉末、Ｆｅ－３．５％Ｓｉ合金粉末を使用できる。なお、２種類以上の粉末を軟磁性金属粉末として用いる場合、その種類は同じでもよいし、異なっていてもよい。また、同じ種類の粉末を軟磁性金属粉末として用いた場合であっても、各粉末の粒子径を変えて２種類としてもよい。 The soft magnetic metal powder may be Fe powder, Fe-Si alloy powder, Fe-Al alloy powder, Fe-Si-Al alloy powder (Sendust), amorphous alloy powder, nanocrystal, or a mixture of two or more of these powders. As the Fe-Si alloy powder, for example, Fe-6.5% Si alloy powder or Fe-3.5% Si alloy powder may be used. When two or more types of powder are used as the soft magnetic metal powder, the types may be the same or different. Even when the same type of powder is used as the soft magnetic metal powder, two types may be used with different particle sizes for each powder.
軟磁性金属粉末として異なる粒子径の粉末を用いる場合には、大きい方の軟磁性金属粉末の粒子径（メジアン径Ｄ５０）は１００μｍ～２００μｍが好ましく、小さい方の軟磁性金属粉末の粒子径（メジアン径Ｄ５０）は３μｍ～１０μｍが好ましい。各軟磁性金属粉末の粒子径をこの範囲にすることで、大きい軟磁性金属粉末の隙間に小さい軟磁性金属粉末が入り込みやすく、密度及び透磁率の向上と低鉄損化を図ることができる。なお、軟磁性金属粉末として２種類の粒子径の粉末を用いる場合、フェライト粉末との粒子径の大小関係は、粒子径が大きい軟磁性金属粉末を基準にする。 When using powders with different particle sizes as the soft magnetic metal powder, the particle size (median diameter D50) of the larger soft magnetic metal powder is preferably 100 μm to 200 μm, and the particle size (median diameter D50) of the smaller soft magnetic metal powder is preferably 3 μm to 10 μm. By setting the particle size of each soft magnetic metal powder within this range, the smaller soft magnetic metal powder can easily enter the gaps between the larger soft magnetic metal powder, improving density and magnetic permeability and reducing iron loss. Note that when using powders with two different particle sizes as the soft magnetic metal powder, the particle size relationship with the ferrite powder is based on the soft magnetic metal powder with the larger particle size.
また、粒子径が異なる２種類の軟磁性金属粉末を用いる場合、その重量比率は、粒子径は大きい軟磁性金属粉末：粒子径が小さい軟磁性金属粉末＝８０：２０～６０：４０とすることが好ましい。この範囲とすることで密度及び透磁率が向上するとともに、低鉄損化を図ることができる。 When using two types of soft magnetic metal powder with different particle sizes, the weight ratio of large-particle-size soft magnetic metal powder to small-particle-size soft magnetic metal powder is preferably 80:20 to 60:40. By keeping the ratio in this range, density and magnetic permeability can be improved, and iron loss can be reduced.
複合磁性材料を構成する樹脂は、磁性粉末と混合され、磁性粉末間の間に介在する。より詳細に説明すると、樹脂は、磁性粉末の周囲を被覆しているのではなく、磁性粉末間の隙間を埋めように形成されている。樹脂を添加することで、磁性粉末同士が結着する。 The resin that makes up the composite magnetic material is mixed with the magnetic powder and is interposed between the magnetic powder particles. To explain in more detail, the resin does not cover the magnetic powder particles, but is formed to fill the gaps between the magnetic powder particles. By adding the resin, the magnetic powder particles are bound together.
樹脂としては、熱硬化性樹脂、紫外線硬化樹脂、又は熱可塑性樹脂を使用することができる。熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン樹脂などが使用できる。紫外線硬化性樹脂としては、ウレタンアクリレート系、エポキシアクリレート系、アクリレート系、エポキシ系の樹脂を使用できる。熱可塑性樹脂としては、ポリイミドやフッ素樹脂などの耐熱性に優れた樹脂を使用することが好ましい。 As the resin, a thermosetting resin, an ultraviolet curing resin, or a thermoplastic resin can be used. As the thermosetting resin, a phenolic resin, an epoxy resin, an unsaturated polyester resin, a polyurethane, a diallyl phthalate resin, a silicone resin, etc. can be used. As the ultraviolet curing resin, a urethane acrylate-based, an epoxy acrylate-based, an acrylate-based, or an epoxy-based resin can be used. As the thermoplastic resin, it is preferable to use a resin with excellent heat resistance such as a polyimide or a fluororesin.
また、樹脂は、磁性粉末に対して３～５ｗｔ％含有されていることが好ましい。樹脂の含有量が３ｗｔ％より少ないと、磁性粉末の接合力が不足し、ＭＣコアの機械的強度が低下する。また、樹脂の含有量が５ｗｔ％より多いと、磁性粉末を隙間なく保持することができなくなるなど、ＭＣコアの密度が低下し、透磁率が低下する。 It is also preferable that the resin content is 3 to 5 wt% relative to the magnetic powder. If the resin content is less than 3 wt%, the bonding strength of the magnetic powder will be insufficient, and the mechanical strength of the MC core will decrease. If the resin content is more than 5 wt%, the magnetic powder will no longer be able to be held without gaps, and the density of the MC core will decrease, lowering the magnetic permeability.
樹脂には、フィラーが混合されていても良い。フィラーを混合することにより、複合磁性材料の粘度を調整できる。フィラーは、Ａｌ２Ｏ３、ＢＮ、ＡｌＮ、ＳｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＴｉＯ２などを使用できる。 The resin may contain a filler mixed therein. By mixing the filler, the viscosity of the composite magnetic material can be adjusted. Examples of the filler that can be used include Al2O3 , BN, AlN, SiO2 , Fe2O3 , ZnO, and TiO2 .
磁性粉末と樹脂を混合した複合磁性材料は、所定の容器に充填され、樹脂を硬化することでＭＣコアと成る。ＭＣコアを作製する場合、圧粉磁心のように加圧成形することは、必須要件ではないため、複合磁性材料を容器に充填した後、加圧成形を行うことなく、硬化工程に移ってもよい。 The composite magnetic material, which is a mixture of magnetic powder and resin, is filled into a specified container, and the resin is hardened to become an MC core. When making an MC core, pressure molding, as is the case with powder magnetic cores, is not a mandatory requirement, so after filling the container with the composite magnetic material, the process may move on to the hardening process without pressure molding.
また、容器に複合磁性材料を充填した後、加圧工程を経る場合であっても、ＭＣコアの作製においては、０超～１６ｋｇ／ｃｍ２以下と低い圧力をかければ足りる。即ち、圧粉磁心のように、数ｔｏｎ／ｃｍ２～数十ｔｏｎ／ｃｍ２という高い圧力で押し固める必要はない。そのため、圧粉磁心は磁性粉末が変形するが、ＭＣコアは、加圧しても磁性粉末は変形しない。 Furthermore, even if a pressurizing step is carried out after filling a container with the composite magnetic material, a low pressure of more than 0 to 16 kg/ cm2 is sufficient for producing an MC core. In other words, there is no need to compact the material with a high pressure of several tons/cm2 to several tens of tons/ cm2 , as in the case of a powder magnetic core. Therefore, while the magnetic powder in a powder magnetic core deforms, the magnetic powder in an MC core does not deform even when pressure is applied.
このように、圧粉磁心は、高い圧力によって加圧し、この加圧によって密度が上がるなど特性を向上させることができる。即ち、磁性粉末の特性も高い圧力によって押圧されることを前提にしている。一方、ＭＣコアは、加圧しない、又は、加圧したとしても低圧なので、磁性粉末の特性がＭＣコアの特性に直結する。換言すれば、圧粉磁心のように加圧による特性の向上を考慮せず、磁性粉末自体の特性を向上させることが重要になる。そのため、圧粉磁心とＭＣコアでは、磁性粉末の作製に関する考え方が異なり、圧粉磁心で行ってきた技術を単純にＭＣコアに転用することはできない。 In this way, dust cores can be compressed with high pressure, which increases density and improves their properties. In other words, the properties of the magnetic powder are also based on the assumption that it is compressed with high pressure. On the other hand, MC cores are not compressed, or if compressed, it is at a low pressure, so the properties of the magnetic powder are directly linked to the properties of the MC core. In other words, it is important to improve the properties of the magnetic powder itself, without considering the improvement of properties through compression as with dust cores. For this reason, dust cores and MC cores have different approaches to producing magnetic powder, and the technology used for dust cores cannot be simply transferred to MC cores.
複合磁性材料を容器に充填した後、又は、容器に充填した複合磁性材料を加圧成形した後、樹脂を硬化させる樹脂硬化工程を経る。この樹脂硬化工程を経ることで、ＭＣコアが作製される。樹脂の硬化は、樹脂の種類によって適宜の方法で硬化すればよい。 After the composite magnetic material is filled into the container, or after the composite magnetic material filled into the container is pressure molded, a resin curing process is carried out to harden the resin. Through this resin curing process, an MC core is produced. The resin can be cured by an appropriate method depending on the type of resin.
例えば、樹脂を加熱乾燥により硬化させる場合、乾燥雰囲気は、大気雰囲気とすることができる。乾燥時間は、樹脂の種類、含有量、乾燥温度等に応じて適宜変更可能であるが、例えば、１時間～４時間とすることができる。乾燥温度は、樹脂の種類、含有量、乾燥時間等に応じて適宜変更可能であるが、例えば、８５℃以上２００℃以下とすることができる。 For example, when the resin is cured by heating and drying, the drying atmosphere can be an air atmosphere. The drying time can be changed as appropriate depending on the type of resin, content, drying temperature, etc., but can be, for example, 1 to 4 hours. The drying temperature can be changed as appropriate depending on the type of resin, content, drying time, etc., but can be, for example, 85°C or higher and 200°C or lower.
一方、圧粉磁心は、上述したとおり、高い圧力によって加圧成形するため、磁性粉末内部に歪みが生じる。そのため、圧粉磁心の作製においては、加圧成形を行った後、焼鈍と言われる熱処理を行う。この焼鈍では、歪みを除去するため６００℃以上と高い温度で行われる。このような高い温度で熱処理を行うとフェライト粉末の特性は劣化する。しかし、ＭＣコアの場合、樹脂硬化工程では、２００℃以下と低い温度なので、フェライト粉末の特性は劣化せず、特性を維持できる。 On the other hand, as mentioned above, dust cores are compacted under high pressure, which creates distortion inside the magnetic powder. For this reason, in the production of dust cores, after compaction, a heat treatment called annealing is carried out. This annealing is carried out at a high temperature of 600°C or higher to remove distortion. If heat treatment is carried out at such a high temperature, the properties of the ferrite powder will deteriorate. However, in the case of MC cores, the resin curing process is carried out at a low temperature of 200°C or less, so the properties of the ferrite powder do not deteriorate and can be maintained.
（第１の実施例）
次に、実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではない。実施例１～３及び比較例１～２のＭＣコアを以下のとおり作製した。
(First embodiment)
Next, the present invention will be described in more detail based on examples. Note that the present invention is not limited to the following examples. MC cores of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 were produced as follows.
実施例１は、磁性粉末としては、フェライト粉末と軟磁性金属粉末を混合した混合粉末を用いた。フェライト粉末としては、Ｍｎ－Ｚｎ系フェライトを用いた。フェライト粉末の粒径は、下記表１の種類Ａに示す粒度Ｄ５０が示す８９０μｍである。軟磁性金属粉末としては、表１に示すように、ＦｅＳｉ合金粉末を用いた。ＦｅＳｉ合金粉末は、粒形が異なる２種類用意し、一方の平均粒子径（Ｄ５０）は１４９μｍ（以下、「第１金属粉末」と称する場合がある。）であり、他方の平均粒子径（Ｄ５０）は６μｍ（以下、「第２金属粉末」と称する場合がある。）である。第１金属粉末と第２金属粉末の添加割合は、７０：３０である。 In Example 1, a mixed powder of ferrite powder and soft magnetic metal powder was used as the magnetic powder. Mn-Zn ferrite was used as the ferrite powder. The particle size of the ferrite powder was 890 μm, which is the particle size D50 shown in Type A of Table 1 below. As shown in Table 1, FeSi alloy powder was used as the soft magnetic metal powder. Two types of FeSi alloy powder with different particle shapes were prepared, one with an average particle size (D50) of 149 μm (hereinafter sometimes referred to as the "first metal powder") and the other with an average particle size (D50) of 6 μm (hereinafter sometimes referred to as the "second metal powder"). The ratio of the first metal powder to the second metal powder was 70:30.
フェライト粉末を５．０ｗｔ％、軟磁性金属粉末９５ｗｔ％の割合で添加、混合し、混合粉末を作製した。この混合粉末に、樹脂としてエポキシ樹脂を４．０ｗｔ％添加して、混合して複合磁性材料を作製した。 Ferrite powder was added at a ratio of 5.0 wt% and soft magnetic metal powder at a ratio of 95 wt% and mixed to produce a mixed powder. Epoxy resin was added at 4.0 wt% as a resin to this mixed powder and mixed to produce a composite magnetic material.
エポキシ樹脂を混合した後、加圧成形を行わず、外形２６．０ｍｍ、内径１５．２ｍｍ、高さ６．５ｍｍのケースに充填した。その後、１５０℃の温度で４時間加熱し、樹脂を硬化させ、実施例１のＭＣコアを作製した。 After mixing the epoxy resin, the mixture was filled into a case with an outer diameter of 26.0 mm, an inner diameter of 15.2 mm, and a height of 6.5 mm without pressure molding. The case was then heated at a temperature of 150°C for 4 hours to harden the resin, producing the MC core of Example 1.
実施例２、３及び比較例１～２は、実施例１とはフェライト粉末の添加量が異なるのみであり（表２参照）、その他用いた材料や作製手順、作製条件は実施例１と同一である。なお、比較例１は、フェライト粉末を磁性粉末として用いていないので、第１金属粉末及び第２金属粉末のみを混合した混合粉末を用いた。 Examples 2 and 3 and Comparative Examples 1 and 2 differ from Example 1 only in the amount of ferrite powder added (see Table 2), and the other materials used, manufacturing procedures, and manufacturing conditions are the same as those of Example 1. Note that Comparative Example 1 does not use ferrite powder as the magnetic powder, and instead uses a mixed powder made by mixing only the first metal powder and the second metal powder.
そして、作製された各ＭＣコアの、密度、透磁率、ヒステリシス損失（ｋＷ／ｍ３）、渦電流損失（ｋＷ／ｍ３）及び鉄損（ｋＷ／ｍ３）を測定した。 Then, the density, magnetic permeability, hysteresis loss (kW/m 3 ), eddy current loss (kW/m 3 ), and core loss (kW/m 3 ) of each of the produced MC cores were measured.
密度は、見かけ密度である。即ち、各ＭＣコアの外径、内径、及び高さを測り、これらの値から各ＭＣコアの体積（ｃｍ３）を、π×（外径２－内径２）×高さに基づき算出した。そして、各ＭＣコアの質量を測定し、測定した質量を算出した体積で除してＭＣコアの密度を算出した。 The density is the apparent density. That is, the outer diameter, inner diameter, and height of each MC core were measured, and the volume (cm 3 ) of each MC core was calculated from these values based on π × (outer diameter 2 − inner diameter 2 ) × height. Then, the mass of each MC core was measured, and the measured mass was divided by the calculated volume to calculate the density of the MC core.
各透磁率の測定に際し、ＭＣコアにφ０．５ｍｍの銅線を２本並列にして巻き付け、１次巻線として３０ターン巻回した。そして、ＬＣＲメータ（Ｈｅｗｌｅｔｔ ｐａｃｋａｒｄ社製：４２８４Ａ）を使用して、１００ｋＨｚ、１．０Ｖにおける磁界の強さのインダクタンスから初透磁率（０Ａ／ｍ）及び４．９ｋＡ／ｍにおける透磁率を算出した。算出した４．９ｋＡ／ｍにおける透磁率を初透磁率で割った重畳時の低下率も算出した。 When measuring each magnetic permeability, two copper wires with a diameter of 0.5 mm were wound in parallel around the MC core, and 30 turns were wound as the primary winding. Then, using an LCR meter (Hewlett Packard: 4284A), the initial magnetic permeability (0 A/m) and the magnetic permeability at 4.9 kA/m were calculated from the inductance of the magnetic field strength at 100 kHz and 1.0 V. The reduction rate during superposition was also calculated by dividing the calculated magnetic permeability at 4.9 kA/m by the initial magnetic permeability.
また、鉄損の測定では、ＭＣコアにφ０．５ｍｍの銅線を１次巻線として３０ターン巻回し、また２次巻線として３１ターン巻回した。そして、磁気計測機器であるＢＨアナライザ（岩通計測株式会社：ＳＹ－８２１９）を用いて、周波数が１００ｋＨｚ及び最大磁束密度Ｂｍが３０ｍＴの測定条件にて鉄損Ｐｃｖ（ｋＷ／ｍ３）の測定を行った。鉄損Ｐｃｖの測定結果からヒステリシス損失Ｐｈ（ｋＷ／ｍ３）と渦電流損失Ｐｅ（ｋＷ／ｍ３）とを算出した。ヒステリシス損失Ｐｈ（ｋＷ／ｍ３）と渦電流損失Ｐｅ（ｋＷ／ｍ３）は、鉄損Ｐｃｖの周波数曲線を次の式（１）～（３）で最小２乗法により、ヒステリシス損失係数（Ｋｈ）、渦電流損失係数（Ｋｅ）を算出することで行った。 In addition, in the measurement of iron loss, 30 turns of φ0.5 mm copper wire were wound around the MC core as the primary winding and 31 turns as the secondary winding. Then, using a magnetic measuring device, a BH analyzer (Iwatsu Measuring Corporation: SY-8219), iron loss Pcv (kW/m 3 ) was measured under the measurement conditions of a frequency of 100 kHz and a maximum magnetic flux density Bm of 30 mT. Hysteresis loss Ph (kW/m 3 ) and eddy current loss Pe (kW/m 3 ) were calculated from the measurement results of iron loss Pcv. Hysteresis loss Ph (kW/m 3 ) and eddy current loss Pe (kW/m 3 ) were calculated by calculating the hysteresis loss coefficient (Kh) and eddy current loss coefficient (Ke) from the frequency curve of iron loss Pcv using the following formulas (1) to (3) by the least square method.
Ｐｃｖ ＝Ｋｈ×ｆ＋Ｋｅ×ｆ２・・（１）
Ｐｈ ＝Ｋｈ×ｆ・・（２）
Ｐｅ ＝Ｋｅ×ｆ２・・（３）
Ｐｃｖ：鉄損
Ｋｈ ：ヒステリシス損失係数
Ｋｅ ：渦電流損失係数
ｆ ：周波数
Ｐｈ ：ヒステリシス損失
Ｐｅ ：渦電流損失
Pcv =Kh×f+Ke×f 2 ...(1)
Ph = Kh×f...(2)
Pe = Ke×f 2 ...(3)
Pcv: Iron loss Kh: Hysteresis loss coefficient Ke: Eddy current loss coefficient f: Frequency Ph: Hysteresis loss Pe: Eddy current loss
測定された結果を表２に示す。また、実施例１～３及び比較例１～２におけるフェライト粉末の添加量と鉄損の関係のグラフを図１に示し、実施例１～３及び比較例１～２における磁界と透磁率の関係のグラフを図２に示す。なお、図２において、実施例は実線で示し、比較例は一点鎖線で示している。 The measured results are shown in Table 2. Figure 1 shows a graph of the relationship between the amount of ferrite powder added and the iron loss in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2, and Figure 2 shows a graph of the relationship between the magnetic field and the magnetic permeability in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2. In Figure 2, the Examples are shown with a solid line, and the Comparative Examples are shown with a dashed line.
表２及び図１に示すように、フェライト粉末を５．０ｗｔ％添加した実施例１は、フェライト粉末を添加していない比較例１と比べて、初透磁率が高く、かつ、渦電流損失が低減し、鉄損が低減している。また、実施例１は、重畳時である４．９ｋＡ／ｍにおける透磁率も比較例１と比べて、大きく減少していない。そのため、フェライト粉末を５ｗｔ％以上添加すると、高透磁率、かつ、低鉄損となり、磁気特性が安定することが確認された。 As shown in Table 2 and Figure 1, Example 1, in which 5.0 wt% ferrite powder was added, had a higher initial permeability, reduced eddy current loss, and reduced iron loss compared to Comparative Example 1, in which no ferrite powder was added. Furthermore, the permeability of Example 1 at 4.9 kA/m during superposition did not decrease significantly compared to Comparative Example 1. Therefore, it was confirmed that adding 5 wt% or more ferrite powder resulted in high permeability and low iron loss, and stable magnetic properties.
フェライト粉末の添加量を増やしていくと、初透磁率は高くなるものの、４．９ｋＡ／ｍの透磁率が徐々に低くなり、４０ｗｔ％添加した比較例２は、２５．０となり、重畳時の低下率も０．４９となり、初透磁率から大きく減少している。そのため、フェライト粉末の添加量の上限値を２０ｗｔ％にすると、高透磁率であり、低鉄損と磁気特性が安定することが確認された。以上の点から、フェライト粉末の添加量は、５ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下にするとよいことが確認された As the amount of ferrite powder added increases, the initial permeability increases, but the permeability of 4.9 kA/m gradually decreases, and in Comparative Example 2, where 40 wt% was added, the permeability was 25.0, and the rate of decrease during superposition was also 0.49, a large decrease from the initial permeability. Therefore, it was confirmed that setting the upper limit of the amount of ferrite powder added to 20 wt% resulted in high permeability, low iron loss, and stable magnetic properties. From the above points, it was confirmed that the amount of ferrite powder added should be between 5 wt% and 20 wt%.
また、図２を見ると、磁界の大きさが７０００（Ａ／ｍ）を超えると、実施例１～３の透磁率が、フェライト粉末を添加していない比較例１よりも低くなっている。しかし、本発明のＭＣコアが用いられるリアクトルは、５０００（Ａ／ｍ）の磁界の大きさで用いられることが多い。そして、実施例１～３は、５０００（Ａ／ｍ）の磁界の大きさにおいて、良好な透磁率を保っている。そのため、５０００（Ａ／ｍ）の磁界の大きさで用いられるリアクトルにとって好適であることが確認された。 Also, as can be seen from Figure 2, when the magnetic field exceeds 7000 (A/m), the magnetic permeability of Examples 1 to 3 is lower than that of Comparative Example 1, in which no ferrite powder is added. However, reactors using the MC core of the present invention are often used in magnetic fields of 5000 (A/m). Examples 1 to 3 maintain good magnetic permeability in a magnetic field of 5000 (A/m). Therefore, it has been confirmed that they are suitable for reactors used in magnetic fields of 5000 (A/m).
（第２の実施例）
次に、実施例１とはフェライト粉末の種類を変えた実施例４～６及び比較例３のＭＣコアを作製した。具体的には、実施例１では、表１に示す種類Ａである粒径が８９０μｍ（Ｄ５０）のフェライト粉末を用いたが、実施例４～６及び比較例３では、上記表１の種類Ｂである粒径が３９５μｍ（Ｄ５０）のフェライト粉末を用いた。
(Second embodiment)
Next, MC cores were produced in Examples 4 to 6 and Comparative Example 3, in which the type of ferrite powder was changed from that in Example 1. Specifically, in Example 1, ferrite powder having a particle size of 890 μm (D50), which is type A shown in Table 1, was used, whereas in Examples 4 to 6 and Comparative Example 3, ferrite powder having a particle size of 395 μm (D50), which is type B shown in Table 1, was used.
実施例４～６及び比較例３におけるフェライト粉末の添加量は、下記表３に示すとおりである。その他用いた材料や作製手順、作製条件は実施例１と同一である。そして、作製された各ＭＣコアの密度、透磁率、ヒステリシス損失（ｋＷ／ｍ３）、渦電流損失（ｋＷ／ｍ３）及び鉄損（ｋＷ／ｍ３）を第１の実施例と同様に測定した。 The amounts of ferrite powder added in Examples 4 to 6 and Comparative Example 3 are as shown in Table 3 below. Other materials used, manufacturing procedures, and manufacturing conditions were the same as in Example 1. The density, magnetic permeability, hysteresis loss (kW/m 3 ), eddy current loss (kW/m 3 ), and iron loss (kW/m 3 ) of each of the manufactured MC cores were measured in the same manner as in the first example.
測定結果を表３に示す。また、実施例４～６及び比較例３におけるフェライト粉末の添加量と鉄損の関係のグラフを図３に示し、実施例４～６及び比較例３における磁界と透磁率の関係のグラフを図４に示す。なお、図４において、実施例は実線で示し、比較例は一点鎖線で示している。 The measurement results are shown in Table 3. Figure 3 shows a graph of the relationship between the amount of ferrite powder added and the iron loss in Examples 4 to 6 and Comparative Example 3, and Figure 4 shows a graph of the relationship between the magnetic field and the magnetic permeability in Examples 4 to 6 and Comparative Example 3. In Figure 4, the examples are shown with a solid line, and the comparative examples are shown with a dashed line.
表３及び図３に示すように、粒子径が３９５μｍのフェライト粉末を５．０ｗｔ％添加した実施例４は、フェライト粉末を添加していない比較例１と比べて、初透磁率、４．９ｋＡ／ｍの透磁率が向上し、鉄損が低減している。フェライト粉末の添加量が、１０．０ｗｔ％、２０．０ｗｔ％の実施例５及び実施例６も、初透磁率及び４．９ｋＡ／ｍの透磁率が高く、低鉄損となっている。 As shown in Table 3 and Figure 3, Example 4, in which 5.0 wt% ferrite powder with a particle size of 395 μm was added, had improved initial permeability and permeability of 4.9 kA/m, and reduced iron loss, compared to Comparative Example 1, in which no ferrite powder was added. Examples 5 and 6, in which the amount of ferrite powder added was 10.0 wt% and 20.0 wt%, respectively, also had high initial permeability and permeability of 4.9 kA/m, and low iron loss.
一方で、フェライト粉末を４０．０ｗｔ％添加した比較例３は、初透磁率は比較例１と同一であり、４．９ｋＡ／ｍの透磁率は大きく減少し、かつ、ヒステリシス損失が大きくなり鉄損の増加も見られる。そのため、フェライト粉末の粒径を変えた場合であっても、フェライト粉末の添加量は、５ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下にすると、高透磁率、かつ、低鉄損となり、安定した磁気特性になることが確認された。また、図４を見ると、実施例４～６は、５０００（Ａ／ｍ）の磁界の大きさにおいて、良好な透磁率を保っていることが確認された。 On the other hand, in Comparative Example 3, in which 40.0 wt% ferrite powder was added, the initial permeability was the same as in Comparative Example 1, but the permeability of 4.9 kA/m was significantly reduced, and hysteresis loss increased, resulting in an increase in iron loss. Therefore, even when the particle size of the ferrite powder was changed, it was confirmed that when the amount of ferrite powder added was between 5 wt% and 20 wt%, high permeability and low iron loss were achieved, resulting in stable magnetic properties. Also, from Figure 4, it was confirmed that Examples 4 to 6 maintained good permeability in a magnetic field of 5,000 (A/m).
（第３の実施例）
実施例１とはフェライト粉末の種類を変えた比較例４のＭＣコアを作製した。具体的には、実施例１では、表１に示す種類Ａである粒径が８９０μｍ（Ｄ５０）のフェライト粉末を用いたが、比較例４では、種類Ｃである粒径が１５μｍ（Ｄ５０）のフェライト粉末を用いた。
(Third Example)
An MC core of Comparative Example 4 was produced using a different type of ferrite powder from that of Example 1. Specifically, in Example 1, ferrite powder of type A shown in Table 1 with a particle size of 890 μm (D50) was used, whereas in Comparative Example 4, ferrite powder of type C with a particle size of 15 μm (D50) was used.
比較例４は、粒径が１５μｍのフェライト粉末を１０．０ｗｔ％、軟磁性金属粉末（第１金属粉末及び第２金属粉末）を９０．０ｗｔ％の割合で添加した。その他用いた材料や作製手順、作製条件は実施例１と同一である。そして、作製された比較例４のＭＣコアの密度、透磁率、ヒステリシス損失（ｋＷ／ｍ３）、渦電流損失（ｋＷ／ｍ３）及び鉄損（ｋＷ／ｍ３）を第１の実施例と同様に測定した。 In Comparative Example 4, 10.0 wt% of ferrite powder having a particle size of 15 μm and 90.0 wt% of soft magnetic metal powder (first metal powder and second metal powder) were added. The other materials used, the manufacturing procedure, and the manufacturing conditions were the same as in Example 1. The density, magnetic permeability, hysteresis loss (kW/m 3 ), eddy current loss (kW/m 3 ), and iron loss (kW/m 3 ) of the MC core manufactured in Comparative Example 4 were measured in the same manner as in the first example.
測定結果を表４に示す。
表４に示すように、比較例４の初透磁率及び４．９ｋＡ／ｍにおける透磁率は、フェライト粉末を添加していない比較例１よりも悪化している。また、比較例４の渦電流損失は、比較例１よりも低減しているものの、ヒステリシス損失が大きく上がっているため、鉄損も比較例１よりも悪化している。 As shown in Table 4, the initial permeability and the permeability at 4.9 kA/m of Comparative Example 4 are worse than those of Comparative Example 1, which does not contain ferrite powder. In addition, although the eddy current loss of Comparative Example 4 is lower than that of Comparative Example 1, the hysteresis loss is significantly increased, and therefore the iron loss is also worse than that of Comparative Example 1.
また、比較例４と同量である１０ｗｔ％のフェライト粉末を添加した実施例２及び実施例５と比較しても、実施例２及び実施例５は、初透磁率、４．９ｋＡ／ｍにおける透磁率及び鉄損何れも比較例４よりも向上している。 In addition, when compared to Examples 2 and 5, which added 10 wt% ferrite powder, the same amount as Comparative Example 4, Examples 2 and 5 showed improvements over Comparative Example 4 in terms of initial permeability, permeability at 4.9 kA/m, and core loss.
このことから、粒径の小さいフェライト粉末を磁性粉末として使用しても効果がないことが確認された。即ち、第１の実施例及び第２の実施例も併せて考慮すると、フェライト粉末の粒径は３９５μｍ以上であると、高い透磁率となり、かつ、低鉄損を実現できることが確認された。 This confirmed that using ferrite powder with a small particle size as magnetic powder is ineffective. In other words, taking into consideration the first and second examples as well, it was confirmed that a ferrite powder with a particle size of 395 μm or more results in high magnetic permeability and low iron loss.
（第４の実施例）
次に、比較例５のＭＣコアを作製した。比較例５のＭＣコアは、磁性粉末に軟磁性金属粉末を用いず、表１に示す種類Ｂ及びＣの２種類のフェライト粉末のみで構成された磁性粉末を用いた。種類Ｂのフェライト粉末を７０ｗｔ％、種類Ｃのフェライト粉末を３０ｗｔ％の割合で添加し、混合した混合粉末を作製した。その他用いた材料や作製手順、作製条件は実施例１と同一である。そして、作製された比較例５のＭＣコアの密度、透磁率、ヒステリシス損失（ｋＷ／ｍ３）、渦電流損失（ｋＷ／ｍ３）及び鉄損（ｋＷ／ｍ３）を第１の実施例と同様に測定した。
(Fourth Example)
Next, an MC core of Comparative Example 5 was produced. For the MC core of Comparative Example 5, a magnetic powder consisting of only two types of ferrite powder, types B and C, shown in Table 1, was used, without using soft magnetic metal powder as the magnetic powder. A mixed powder was produced by adding 70 wt% of type B ferrite powder and 30 wt% of type C ferrite powder. The other materials used, the production procedure, and the production conditions were the same as those of Example 1. The density, magnetic permeability, hysteresis loss (kW/m 3 ), eddy current loss (kW/m 3 ), and iron loss (kW/m 3 ) of the produced MC core of Comparative Example 5 were measured in the same manner as in the first example.
測定結果を表５に示す。
フェライト粉末のみで構成された比較例５は、初透磁率が３２であり、４．９ｋＡ／ｍにおける透磁率が１８．７であり、重畳時の低下率も０．５８となり、軟磁性金属粉末のみで構成された比較例１よりも透磁率が低い。また、鉄損も３４０（ｋＷ／ｍ３）と比較例１よりも大きい値になっている。つまり、比較例５は、実施例１～６よりも透磁率及び鉄損共に悪化する結果になっている。このように、磁性粉末としては、フェライト粉末のみで構成するのではなく、フェライト粉末と軟磁性金属粉末を混合した混合粉末を用いることで高透磁率であり、かつ、鉄損を低減できる効果が得られることが確認された。 Comparative Example 5, which is composed of only ferrite powder, has an initial permeability of 32, a permeability at 4.9 kA/m of 18.7, and a decrease rate at the time of superposition of 0.58, which is lower than that of Comparative Example 1, which is composed of only soft magnetic metal powder. In addition, the iron loss is also 340 (kW/m 3 ), which is a value larger than that of Comparative Example 1. In other words, Comparative Example 5 has a result in which both the permeability and the iron loss are worse than those of Examples 1 to 6. In this way, it was confirmed that the magnetic powder is not composed of only ferrite powder, but by using a mixed powder of ferrite powder and soft magnetic metal powder, it is possible to obtain the effect of high permeability and reduced iron loss.
（他の実施形態）
本明細書においては、本発明に係る実施形態を説明したが、この実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。上記のような実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
Other Embodiments
In this specification, an embodiment of the present invention has been described, but this embodiment is presented as an example and is not intended to limit the scope of the invention. The above-mentioned embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. The embodiment and its modifications are included in the scope of the invention and its equivalents described in the claims, as well as in the scope and gist of the invention.
Claims (4)
前記フェライト粉末の粒子径は、３９５μｍ以上であり、
前記フェライト粉末の添加量は、前記軟磁性金属粉末に対して、５ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下であること、
を特徴とするメタルコンポジットコア。 A metal composite core in which a resin is mixed with magnetic powder made of a mixture of ferrite powder and soft magnetic metal powder,
The particle size of the ferrite powder is 395 μm or more,
The amount of the ferrite powder added is 5 wt % or more and 20 wt % or less with respect to the soft magnetic metal powder;
Featuring a metal composite core .
を特徴とする請求項１に記載のメタルコンポジットコア。 The particle size of the ferrite powder is 890 μm or less;
The metal composite core according to claim 1 .
を特徴とする請求項１又は２に記載のメタルコンポジットコア。 The particle size of the ferrite powder is larger than the particle size of the soft magnetic metal powder;
3. The metal composite core according to claim 1 or 2.
を特徴とする請求項３に記載のメタルコンポジットコア。
The particle size of the ferrite powder is at least twice the particle size of the soft magnetic metal powder;
The metal composite core according to claim 3 .
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